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“星空流动的声音”——繁星天宇间的振动

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在阿戈尔一期剧情“生路”的BP-ST-1,“浪潮守望者”剧情节点中,我们可爱的干员斯卡蒂说她听见了“星空流动的声音,永不停歇的自然的歌,还有,不被理解的语言”。诗意而浪漫的描述,或许的确是灵感值过高,或许是不想在博士面前表现成艾丽妮口中的“那副德行”,又或者……斯卡蒂真的听到了某些东西?不管怎样,斯卡蒂的这句话的的确确在后文得到了照应。
本文并不打算在人物情感与剧情方面置喙过多,仅从“星空流动的声音”这一句出发,剥去诗意化描述的外衣,采取硬核一点的天文学视点,相对详细地讲一讲,在宇宙的浩瀚繁星之间究竟存在着怎样的声音,而斯卡蒂,她真的能不在任何修辞的包被与支撑下真真切切地“听到”星空流动的声音吗?而倘若她真的听到了某些东西,那又究竟会给人带来怎样的感受呢?
写作本文时笔者身体抱恙,高烧卧床,且因身在外地不便第一时间接触自己的设备与资料,因此在计划写成的几篇文章里最先写完的这一篇中,尽管笔者反复查校,可能仍有不尽完美甚至未能勘误之处,望诸君指正海涵。为了保证准确性,我会舍去一些有争议或者不能证实的理论,而涉及天体物理学的部分也已由专业人士进行过校验。
*本篇文章经历过一次大手术,第一版写完了以后拿给朋友看,被骂“太过硬核”,笔者自己也读了一通,也确实觉得有点太过惨烈,不忍卒读。遂大动刀斧,希望这一版至少不会让各位嫌弃。
星空流动的声音,永不停歇的自然的歌,还有,不被理解的语言。笔者为这句浪漫的话,写成这篇粗陋的文章。


IP属地:上海1楼2024-06-09 16:40回复
    支持,楼主也要照顾好自己啊!💪💪💪


    IP属地:重庆来自Android客户端2楼2024-06-09 16:42
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      星空流动的声音”,这个说法很美,但也很怪。
      或者干脆说,“星空”和“声音”这两个词在大部分人的印象中都是相互排斥的。
      回忆一下,是否有人曾经对您说过,“太空是真空,啥也没有,声波传不过去,所以不可能听到声音”云云;您是否曾在纪录片或电影的评论里看到过,“太不真实,XX爆炸在太空里居然能有那么大的响声,导演水准太低”。
      评价这些观点之前,先来纠正几个汉语语境下的错误。
      太空不是真空。追本溯源,在周代的《关伊子•二柱》中,出现了“大空”一词(“一运之象,周乎大空”),后来随着古汉语的迭代,演变为所谓“太空”。其中的“太”意指“高远”,即“极高的天空”。之后,我们对这个“极高”有了定性:地球海平面100km以上即称太空。而这条线,与伊比利亚存活至今的唯一一个圣徒同名:卡门线。而如今,“太空”一词已突破高度的限制,与宇宙空间画上了等号。(在西文中倒没那么复杂,英文space即空间,来源于古典拉丁语(阿戈尔语)中的spativm,“充满”,见Claudius Ptolemaeus的Almagest)。而真空的概念要复杂得多,(是真的复杂得多得多),因此笔者不打算在此磨太多功夫,尽量讲得简单点快点。从定义上来讲,是指“一定空间内低于一个大气压的气体状态”,是一种概念/现象,它不能简单地理解为“虚空”,因为它并不是什么都没有。从还没被笔者忘干净的量子场论角度理解,它指其中存在的一切原子都处于最低能级,不激发任何场量子,称之为“基态”。

      上图很好地展示了一个“真空不空”的简化模型。
      不过这就扯得太远了,能不能给力一点?


      IP属地:上海3楼2024-06-09 16:42
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        回归主题,对于声波,我们在太空中真的只能是又聋又哑吗?
        大致正确,机械波需要介质方能传播,根据自奥伯斯佯谬至今为止的理论,宇宙在宏观上是不均匀的,暗物质与暗能量主导着它,难以让声波传递。不过,偌大的可观测宇宙中总有一些特殊的地方。
        譬如,位于室女座(Virgo)的NGC 4649旁的致密的超小型矮星系,M60-UCD1(M60为其旁侧星系名称,UCD即Ultra-Compound Dwarf 1)。
        较为主流的观点认为,M60-UCD1所拥有的庞大质量黑洞昭示着它也曾拥有过数量更多的星群,但后来在与M60星系的长期角力中“败下阵来”,在天体间长期而复杂的作用下形成了非常非常紧凑的星系。至于有多紧凑……仅恒星密度就是银河系的15000倍。想象一下在这个星系里看星星会是怎样的景象!在超大型黑洞本身与系内星体的相互影响,碰撞与物质抛洒下,这样致密的矮星系内极有可能会形成相对理想的,均匀的,便于声波传播的环境。

        配图为NGC 4649和M60-UCD1,摄于钱德拉。注意下面那个小点,那就是M60-UCD1。它实在太小太密了,一眼看过去和一颗普通的星星并无差别。
        可即使是这样,在现在的可观测宇宙中这种现象也仅数廖廖个例。能不能再给力一点儿?


        IP属地:上海4楼2024-06-09 16:43
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          “Three quarks for Muster Mark”(“为什么叫夸克?”“因为很像海鸟的叫声。我喜欢鸟儿”)
          在宇宙中曾经存在过一个很有可能不会再次存在的环境,在那时,宇宙尚且年轻,不过仅仅持续了一瞬。
          约140亿年以前,大爆炸发生,宇宙极速膨胀,在第10E^-43秒,引力从自然力中分离出来,能够把大团物质聚集在一起;在第10E^-35秒,把原子核束缚起来的强核力,结合分子的电磁力也被分离出来。随后,宇宙变成了一锅致密的夸克/轻子浓汤。直到大概2分钟后的这段时间里,夸克变为强子,形成质子和中子,而它们又互相融合形成原子核。而当时宇宙短短几光年的距离对于这么多的物质与能量来说实在是太小,因此这个时候的宇宙应当是有声的。

          如你所见,剩下的38万年里什么都没发生,最重要的事情已经在前三分钟处理完毕了。直到温度低于3000开尔文时,自由电子全部与原子核结合,产生可见光。”Let there be light”.
          此时,离星星诞生还有很长一段时间,这种致密的夸克汤与婴儿宇宙也仅仅持续一瞬,这里的环境更是又热又挤,实在没原因在这里再待下去。那时的宇宙尚且年轻,物理法则混沌不明,而人类对于尚且年轻的宇宙的事情还只是一知半解而已。能不能再给力一点儿?


          IP属地:上海5楼2024-06-09 16:44
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            1933年,卡尔•央斯基制作出了第一台射电望远镜,就此开启了射电天文学。自此,人类望向深空的眼不再局限于可见光与更慢,更易受干扰的声波,射电辐射也成为观测宇宙的进路之一。此后,宇宙观测的方式愈发多样化。
            一般来讲,压力波通常不会在充满于太空的极低密度气体中以有效的频率传播。但是这些低密度气体通常都是带电的,使得它们的粒子可以通过电场和磁场的方式在远处相互作用,在恒星磁场,电离辐射和旋转行星等等这些能量源中混合,产生各种波。实际上,许多等离子波就发生在可听频率,可惜因为压力压强太低,在太空中无法被听见,不过一些更加灵敏的设备或许能在理论上捕捉并记录下这些等离子波。而震荡电场和磁场分量则能很容易地用天线之类的设备来检测。
            宇宙的大部分普通物质以等离子体的形式存在,基本可以理解为一种非常非常热的气体,这里面的电子已经被从原子里剥离,形成带负电的电子和带正电的离子气体。在完全热化的平衡状态下,这些离子和电子会绕其平衡位置震荡,但对这种平衡的任何扰动都会让带电粒子发生位移,从而产生电场和磁场,这些电场和磁场可作为位移粒子的恢复力。在这种扰动的最简单模型中,电子会偏离流动性较差的离子,围绕其平衡位置做谐波运动。对受扰等离子体的电场进行观测会发现,在特定频率下会出现一条强线或共振。我们将这个频率称为电子等离子体频率(electron plasma frequency)。另一个等离子体的常见特征频率被称为电子回旋频率(electron cyclotron frequency)。如果等离子体嵌入准静态磁场中,带电粒子将在垂直于磁场的方向上加速,导致它们围绕场线以螺旋状移动。电子绕磁场旋转的基本频率与场强成正比,而这个频率就叫电子回旋频率。由于等离子体的这些独特性质,它可以产生频率很高的波,这些波的频率与等离子体的最高特征相比非常高。在这种情况下,这就是电磁波,可以远离其源头传播,与周围介质几乎没有相互作用。这些高频波被称为“无线电波”。
            好吧,这也太书呆子了。和我要听的“星空流动的声音”有什么关系吗?
            2013年9月,旅行者1号回传的报告中,包含了星际空间的留声。这是旅行者1号离开日光层的确凿证据。(Don Gurnett,W•S•Kurth.2013)
            所谓日光层,即围绕着太阳和诸系内星体的巨大磁泡,它是太阳磁场在太阳风的吹拂下达到的巨大规模,在它以外就是星际空间。
            而所谓“星际空间的留声”,则指的是电离气体或等离子体中的电子波。自然,人耳无法听到这些声音。但它们出现于音频频率之上,因此可以用扬声器播放并聆听。
            引起这些等离子体震荡的原因,则是太阳。关键因素在于日冕物质抛射,即太阳磁场爆发时喷入太空的热气体云。日冕物质抛射穿过等离子体时,会激发类似拨动吉他琴弦的震荡,这些震荡被等离子波仪器捕获并聆听。其他天体,如大部分恒星,部分旋转的行星等等,它们发出的可被记录的声响也与此同理。然而笔者认为,由于条件特殊,一些特殊的星体,如米拉变星,造父变星以及中子星可能会稍有不同。但由于缺乏观测还是按下不表,不做展开。
            至于它们产生的具体声响究竟为何,笔者在剑桥时曾有幸听聆。若要我来说,有些声响会类似教堂中的钟声,有些会像金属片之间的金玉之声,还有些会像冰封冻土之地凛冽的风声,还有些会像深海中巨物的低沉呜咽......
            由此,星空流动的声音终于能被我们所了解。


            IP属地:上海6楼2024-06-09 16:44
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              祝您早日康复


              IP属地:北京来自iPhone客户端7楼2024-06-09 18:03
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                IP属地:福建来自iPhone客户端8楼2024-06-09 18:10
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                  天空 海洋 宇宙本是一体,这就是圣诗。


                  IP属地:河北来自Android客户端9楼2024-06-10 06:35
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                    祝先生早日康复


                    IP属地:湖南来自Android客户端10楼2024-06-10 18:15
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                      这段尾设问有兰道尔.门罗那味儿了


                      IP属地:广东来自iPhone客户端11楼2024-06-14 23:45
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                        大大注意身体


                        IP属地:湖南来自Android客户端12楼2024-06-18 15:54
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                          好强


                          IP属地:上海来自Android客户端13楼2024-07-19 16:24
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